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JP6427465B2 - Method of producing strontium titanate fine particles having cubic shape, cubic shape strontium titanate fine particles, cube shaped metal-doped strontium titanate fine particles, and method of producing the same - Google Patents

Method of producing strontium titanate fine particles having cubic shape, cubic shape strontium titanate fine particles, cube shaped metal-doped strontium titanate fine particles, and method of producing the same Download PDF

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JP6427465B2 JP2015099428A JP2015099428A JP6427465B2 JP 6427465 B2 JP6427465 B2 JP 6427465B2 JP 2015099428 A JP2015099428 A JP 2015099428A JP 2015099428 A JP2015099428 A JP 2015099428A JP 6427465 B2 JP6427465 B2 JP 6427465B2
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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

今日の多種多様な電子機器に広く用いられている電子部品の一つに、セラミックス誘電体と金属電極を多層化することで小型化且つ大容量化を図った積層セラミックコンデンサ(通称、MLCC(Multi-Layer Ceramic Capacitor)と呼ばれる)と言う電子部品があるが、本発明は、その電極層近傍におけるオーミック特性を向上させるために誘電体セラミックスの導電性を向上させた層を構成するのに好適な形状制御されたチタン酸ストロンチウム微粒子及びロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子及びその製造方法に関する。
同時に本発明は、近年、可視光による水の水素または酸素への分解を行うことで環境エネルギー材料として脚光を浴びつつある光触媒材料を構成するのに好適な、原料としての形状制御されたチタン酸ストロンチウム微粒子及びロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子及びその製造方法にも関する。
A multilayer ceramic capacitor (common name: MLCC (Multiple) that achieves miniaturization and large capacity by multilayering ceramic dielectrics and metal electrodes as one of the electronic components widely used in various electronic devices of today. There is an electronic component called “layer ceramic capacitor)), but the present invention is suitable for constructing a layer in which the conductivity of the dielectric ceramic is improved in order to improve the ohmic characteristics in the vicinity of the electrode layer. The present invention relates to shape-controlled strontium titanate fine particles and rhodium-doped strontium titanate fine particles, and a method for producing the same.
At the same time, according to the present invention, shape-controlled titanic acid as a raw material suitable for constituting a photocatalytic material, which is currently in the limelight as an environmental energy material, by performing decomposition of water into hydrogen or oxygen by visible light. The present invention also relates to strontium fine particles, rhodium-doped strontium titanate fine particles, and a method for producing the same.

チタン酸ストロンチウム(SrTiO)は、誘電特性、熱電特性、光触媒能、高屈折率性、フォトクロミック特性など、機能性材料として様々な用途への展開が期待される複合酸化物材料である。近年の電子機器の超小型化に伴う、より電圧ロスの少ない優れた高容量コンデンサが注目されたり、一方で、エネルギー問題、環境問題の観点から,高性能な光触媒能が注目されている。チタン酸ストロンチウムは、金属ドープによってバンドギャップが制御出来る視点から、セラミックキャパシタ等の電極界面層の形成材料として期待が高まっている他、光照射下での高い安定性や光還元力の強さから、太陽光を利用した水素製造を可能にする光触媒材料用母体材料として期待が高まっている。 Strontium titanate (SrTiO 3 ) is a composite oxide material that is expected to be developed for various applications as functional materials, such as dielectric properties, thermoelectric properties, photocatalytic ability, high refractive index properties, and photochromic properties. Along with the recent miniaturization of electronic devices, excellent high-capacitance capacitors with less voltage loss have attracted attention, while high-performance photocatalytic activity has attracted attention from the viewpoint of energy problems and environmental problems. Strontium titanate is expected to be a material for forming an electrode interface layer such as a ceramic capacitor from the viewpoint that the band gap can be controlled by metal doping, and from the high stability under light irradiation and the strength of photoreduction power. An expectation is increasing as a base material for a photocatalytic material that enables hydrogen production using sunlight.

セラミックキャパシタ用電極界面でのオーミック形成層に関しては、金属電極の仕事関数(φM)が、半導体セラミックスの仕事関数(φS)より小さい場合は、非整流性接触、すなわちオーミック接触となる。電極と半導体セラミックのフェルミ面の相対的な位置の問題であるが、半導体セラミックにバンド構造を変調させる元素をドープさせ、この材料を電極層と半導体セラミックス層の中間層として利用することで、オーミック性を賦与できることが期待される。
また、光触媒材料へ向けた母触媒材料としては、太陽光の多くの割合を占める可視光に対して活性を有することが好ましい。可視光活性を有する高効率な水素生成を可能なチタン酸ストロンチウム光触媒として、Pt,Rh,Cu等の金属を助触媒として担持させてなるチタン酸ストロンチウムや、更に太陽光の可視光域の有効利用を目的として、RhやIr等をドープすることで、バンド構造を変調させたチタン酸ストロンチウム等が期待されている。
With regard to the ohmic contact formation layer at the ceramic capacitor electrode interface, when the work function (φM) of the metal electrode is smaller than the work function (φS) of the semiconductor ceramic, non-rectifying contact, that is, ohmic contact is obtained. The problem of the relative position between the electrode and the Fermi surface of the semiconductor ceramic is that the semiconductor ceramic is doped with an element that modulates the band structure, and this material is used as an intermediate layer between the electrode layer and the semiconductor ceramic layer. It is expected to be able to give sex.
Moreover, as a mother catalyst material directed to the photocatalyst material, it is preferable to have activity to visible light which occupies a large proportion of sunlight. Strontium titanate with metal such as Pt, Rh, Cu supported as co-catalyst as a strontium titanate photocatalyst capable of highly efficient hydrogen generation with visible light activity, and effective use of visible light region of sunlight Strontium titanate etc. which modulated the band structure by doping Rh, Ir etc. for the purpose are expected.

様々な機能性材料において、特にペロブスカイト型酸化物微粒子(ナノ粒子)材料は、特有の優れた特性や機能を発現しうることから、製品の高精度化及び小型化、軽量化を実現できるものとして期待されており、特に液相を経由して合成された粒子が、その粒子径サイズ、組成の点で非常に高い均一性を有していることから、液相プロセスによる微粒子合成技術、及びナノ粒子化技術が検討されている。   Among various functional materials, in particular, perovskite-type oxide fine particle (nanoparticles) materials can realize high-performance, small-size, and light-weight products because they can exhibit unique excellent properties and functions. As expected, in particular, particles synthesized via a liquid phase have extremely high uniformity in terms of particle size and composition, so fine particle synthesis technology by liquid phase process, and nano Particleization technology is being considered.

ペロブスカイト型酸化物微粒子は、一般式でABOと標記され、Aサイトには、Ca,Sr,Ba,Pb等の+2価元素が、BサイトにはTi,Zr,Sn等の+4価元素が入ることが知られている。
この中で、水溶液中でSrTiO系ペロブスカイト型微粒子を直接合成しうる技術に関する特許として、特許文献1が知られている。この特許は大気圧下での液相合成ではあるものの、立方体形状の微粒子は得られてはいない。特に、SrTiO微粒子を直接水溶液中で合成する製造方法を記した特許文献1には、最適合成条件として、
水溶液のpH値は13.5以上、温度は90℃以上の大気圧下での沸点近傍、
反応時間は2時間程度、投入時の[Sr]/[Ti]モル比は1が好適としている一方、得られた微粒子の形態に関しては、
「SrTiO3微粒子の粒子サイズは、100〜200Åで均一なものであった。」との記載だけで、形状に関しては一切記載がない。
Perovskite-type oxide fine particles are represented as ABO 3 in the general formula, in the A site, +2 valence elements such as Ca, Sr, Ba, Pb etc. and in the B site +4 valence elements such as Ti, Zr, Sn etc. It is known to enter.
Among these, Patent Document 1 is known as a patent relating to a technique capable of directly synthesizing SrTiO 3 -based perovskite-type fine particles in an aqueous solution. Although this patent is liquid phase synthesis at atmospheric pressure, cubic shaped fine particles have not been obtained. In particular, Patent Document 1, which describes a production method for directly synthesizing SrTiO 3 fine particles in an aqueous solution, contains as the optimum synthesis conditions:
The pH value of the aqueous solution is 13.5 or more, the temperature is near the boiling point at atmospheric pressure of 90 ° C. or more,
The reaction time is about 2 hours, and the [Sr] / [Ti] molar ratio at the time of feeding is preferably 1, while the form of the obtained fine particles is as follows:
Only the description “the particle size of the SrTiO 3 fine particles was uniform at 100 to 200 Å”, and the shape was not described at all.

その後の技術の発展により、チタン酸ストロンチウム微粒子の形状制御については、特許文献2、特許文献3、特許文献4、さらに、非特許文献1、非特許文献2、及び、非特許文献3に記されている。
特許文献2には、水酸化ストロンチウムとチタンペルオキソ乳酸アンモニウム等の水溶性チタン化合物とを、オレイン酸等の両親媒性化合物及びヒドラジン等の金属元素非含有塩基性化合物存在下で、200℃、強アルカリ条件で水熱合成することにより、結晶形状が制御されたチタン酸ストロンチウムナノ粒子を凝集させることなく製造可能であることが記載されている。
With respect to shape control of the strontium titanate fine particles, the development of the technology after that is described in Patent Document 2, Patent Document 3, Patent Document 4, Furthermore, Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, and Non-Patent Document 3 ing.
Patent Document 2 discloses that strontium hydroxide and a water-soluble titanium compound such as ammonium titanium peroxolactate are used in the presence of an amphiphilic compound such as oleic acid and a metal element-free basic compound such as hydrazine at 200 ° C. It is described that by hydrothermal synthesis under alkaline conditions, it is possible to produce strontium titanate nanoparticles with controlled crystal shape without aggregation.

また、特許文献3には、立方体形状チタン酸ストロンチウムナノ結晶を基板上に整列させる方法、及び、ナノ結晶からなる膜を作製する方法が開示されており、特許文献3の明細書中の段落[0015]に、チタン酸ストロンチウムのナノ結晶の合成において、オレイン酸等の有機カルボン酸の分子が{100}面に付着した状態で結晶成長が進行するため、{111}面の結晶成長が有機カルボン酸分子に邪魔されずに進んで8個全ての{111}面の成長が進んで頂点を形成し、全体として立方体形状になりやすいことなど粒子形状制御メカニズムの考察も併記されている。   In addition, Patent Document 3 discloses a method of aligning cube-shaped strontium titanate nanocrystals on a substrate and a method of producing a film composed of nanocrystals, as described in paragraph [Patent Document 3]. In the synthesis of strontium titanate nanocrystals, crystal growth proceeds with molecules of an organic carboxylic acid such as oleic acid adhering to the {100} plane, so crystal growth on the {111} plane is an organic carboxylic acid. The discussion of the particle shape control mechanism is also described, including the progress of the growth of all eight {111} planes to form a vertex as a whole, without being hindered by the acid molecules to form a vertex as a whole.

また、特許文献4では、同じペロブスカイト型であるBaTiOやSrTiOに対して、水熱合成条件で150℃、120時間まで行われており、SrTiOに関しては立方体形状の粒子の生成が電子顕微鏡観察を通じて報告されている。しかしながら、大気圧下での合成事例ではない上、金属元素をドープした系の記載はなされていない。 Further, in Patent Document 4, the same perovskite type BaTiO 3 or SrTiO 3 is subjected to hydrothermal synthesis conditions up to 150 ° C. for 120 hours, and for SrTiO 3 , formation of cubic-shaped particles is an electron microscope It has been reported through observation. However, it is not a synthesis case under atmospheric pressure, and there is no description of a metal element-doped system.

また、非特許文献1及び非特許文献2においては、高アルカリ液中で240℃で24時間の水熱合成を行うことで立方体形状のSrTiO微粒子が得られることに加え、ラマン散乱での評価を行ったり、原子層デポジション(ALD)法によって、そのサイコロ状SrTiO微粒子表面にPtを付ける技術を紹介している。Ptは明らかに光触媒用の助触媒としての意味がある。しかし両報告では、金属ドープに関しては一切触れられていない。 In addition, in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, in addition to the fact that cube-shaped SrTiO 3 fine particles are obtained by performing hydrothermal synthesis at 240 ° C. for 24 hours in a highly alkaline solution, evaluation by Raman scattering In addition, the technology of putting Pt on the surface of the diced SrTiO 3 particles by atomic layer deposition (ALD) method is introduced. Pt clearly has a meaning as a cocatalyst for photocatalysts. However, both reports do not mention metal doping at all.

一方、非特許文献3には、水酸化ストロンチウムと二酸化チタンを窒素雰囲気にてエタノール中で混合させた後、170℃で3日間の水熱合成後に800℃から1000℃の温度範囲でアニール処理を実施することにより立方体形状の可視光応答性Rhドープチタン酸ストロンチウム微粒子の作製が報告されている。ドープ量は1%であり、どの程度ドープが可能なのかという視点での議論はなされていない。さらに、結晶格子定数などの記載はなく、光学的な吸収スペクトルからドープされたものと判断している。ここで重要な点は、電子顕微鏡写真(SEM写真)で、水熱合成直後のノンドープのSrTiO微粒子の形態を立方体形状と説明している一方で、SEM写真の明示をしないまま文章中でのみ、「水熱合成1%RhドープのSrTiOの粒子形状は、ドープによってノンドープの立方体形状に影響を与えているということはない」と説明している。このようにこの文献においては、水熱合成直後の微粒子の形態や結晶性の記載が殆どなされておらず、水熱合成後に直ちに800℃から1000℃での高温熱処理を施しており、最終的な材料の評価をその時点で評価しているため、水熱合成だけでどの程度のドープ状況を実現しているのか不明瞭と言える。また、この非特許文献3では、Rh以外にもRu,Ir,Pt,Pdのドープに関しても報告されていることを付記する。 On the other hand, in Non-Patent Document 3, after strontium hydroxide and titanium dioxide are mixed in ethanol in a nitrogen atmosphere, an annealing process is performed in a temperature range of 800 ° C. to 1000 ° C. after hydrothermal synthesis at 170 ° C. for 3 days. It has been reported that preparation of a cubic light-responsive Rh-doped strontium titanate fine particle is carried out. The doping amount is 1%, and no discussion has been made from the viewpoint of how much doping is possible. Furthermore, there is no description of crystal lattice constant etc., and it is judged that it is doped from the optical absorption spectrum. The important point here is that the morphology of the non-doped SrTiO 3 fine particle immediately after hydrothermal synthesis is described as a cubic shape in an electron micrograph (SEM photo), while the SEM photo is not clearly shown but only in the text. “The particle shape of hydrothermally synthesized 1% Rh-doped SrTiO 3 does not affect the non-doped cubic shape by doping”. Thus, in this document, the description of the morphology and crystallinity of the fine particles immediately after hydrothermal synthesis is hardly described, and high temperature heat treatment at 800 ° C. to 1000 ° C. is performed immediately after hydrothermal synthesis, and the final Since the evaluation of the material is evaluated at that time, it can be said that it is unclear how much the doping condition is realized only by hydrothermal synthesis. Further, it is added that Non-Patent Document 3 also reports doping of Ru, Ir, Pt, and Pd in addition to Rh.

ここまでの状況を次頁の表1に示す。
RhドープされたSrTiO微粒子であり、その形状が立方体形状であり、かつその合成法が、高温高圧を必要としない大気圧下での液相合成によるものは、従来の公開文献には存在していない。
また一方で、ノンドープの純粋なSrTiOの立方体形状の微粒子の大気圧下液相合成の製法に関する報告事例も、これまでの公開文献には存在しない。
The situation up to this point is shown in Table 1 on the next page.
Rh-doped SrTiO 3 fine particles whose shape is cubic and whose synthesis method is based on liquid phase synthesis under atmospheric pressure which does not require high temperature and high pressure are present in conventional published documents. Not.
On the other hand, there are no reported cases of the preparation method of atmospheric pressure liquid phase synthesis of non-doped pure SrTiO 3 cubic shaped fine particles in the published documents up to now.

さてここで、Rhドープを記した上記非特許文献3の研究目的の根拠となっているのが、チタン酸ストロンチウムへのRhやイリジウム(Ir)などの金属元素ドープによる光触媒能の高効率化である。具体的には、特許文献5に記載されている高光触媒能を有するRhドープあるいはIrドープチタン酸ストロンチウム微粒子がある。この特許文献5は、RhドープSrTiO3光触媒材料の発明であり、3%Rhドープの範囲の中で、1%Rhドープ時が最も高効率であることを示している。この中で試料の作製法は典型的なセラミック固相反応法であり、1000℃で1時間仮焼後、1150℃で10時間焼成を行っている。水熱合成などの液相合成については特許文献5では一切触れられていない。   Here, the research purpose of the above Non-Patent Document 3 describing Rh doping is based on the improvement of the photocatalytic ability by doping metallic elements such as Rh and iridium (Ir) to strontium titanate. is there. Specifically, there are Rh-doped or Ir-doped strontium titanate fine particles having high photocatalytic activity described in Patent Document 5. This patent document 5 is an invention of a Rh-doped SrTiO3 photocatalyst material, and shows that the efficiency is highest when 1% Rh is doped in the range of 3% Rh doping. Among them, the sample preparation method is a typical ceramic solid phase reaction method, and it is calcined at 1150 ° C. for 10 hours after calcination at 1000 ° C. for 1 hour. Patent Document 5 does not touch on liquid phase synthesis such as hydrothermal synthesis at all.

単相として合成出来ているRhのドープ量は、7%未満である。(4%はX線回折で単相と証明されている。)なお、このRh7%未満の単相データは、固相反応法によるものであり、液相法や水熱合成法による知見ではない。こういった状況を俯瞰すれば、大気圧下での液相合成法や水熱合成法によるRhドープのSrTiO微粒子を単相で得たと思われる報告例は、これまでの文献には存在しない。 The doping amount of Rh synthesized as a single phase is less than 7%. (4% is proved to be single phase by X-ray diffraction.) This single phase data of less than 7% of Rh is based on solid phase reaction method and is not finding by liquid phase method or hydrothermal synthesis method . Under these circumstances, there have been no reports in the literature that so far have reported single-phase Rh-doped SrTiO 3 particles by liquid phase synthesis under hydrothermal conditions or hydrothermal synthesis. .

また本発明者が立方体形状という粒子形態を重要視している背景には、粒子の配向制御や配列化への便宜だけでなく、光触媒としての活性面の有効活用という思想がある。ここに非特許文献4より、SrTiO光触媒材料の活性面は、{100}面であることが示されており、こういった形態制御が微粒子合成時になされれば、今後の光触媒技術に大きな進捗が期待されると我々は判断している。 Further, the background that the present inventors place importance on the particle form of cube shape is not only the convenience for controlling the orientation and arranging of the particles but also the idea of effectively utilizing the active surface as a photocatalyst. The active surface of SrTiO 3 photocatalytic material is shown to be {100} from Non-Patent Document 4 here, and if such shape control is performed at the time of fine particle synthesis, it is a great progress in future photocatalyst technology. We believe that is expected.

特公平3−39016号公報Japanese Examined Patent Publication 3-39016 特開2011−68500号公報)JP 2011-68500 A) 特許第5618087号広報Patent No. 5618087 Public Relations 特許第5216186号公報Patent No. 5216186 gazette 特許4076793号公報Patent No. 4076793

F. A. Rabuffetti et al., Chem. Mater., 20 (2008) 5628-5635.F. A. Rabuffetti et al., Chem. Mater., 20 (2008) 5628-5635. S. T. Christensen et al., Small, 5 (2009) 750-757.S. T. Christensen et al., Small, 5 (2009) 750-757. S. W. Bae et al, Applied Physics Lett. 2008, 92, 104107.S. W. Bae et al, Applied Physics Lett. 2008, 92, 104107. Jennifer L. Giocondi et al., Topics in Catalysis, 44 (2007) 529-533.Jennifer L. Giocondi et al., Topics in Catalysis, 44 (2007) 529-533.

高均質な微粒子が得られ、かつ、立方体形状などの特定の形状制御の可能性のある液相で、直接結晶性チタン酸ストロンチウム(SrTiO)微粒子を合成するという視点で、これまでの先行技術を俯瞰すると、特許文献2、特許文献3、特許文献4、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3のいずれもが、高温高圧を必要とする水熱合成の条件で微粒子を合成している。これらの特許文献は、いずれも得られた微粒子の形態が立方体形状であることを明示しているが、いずれにしても高温高圧下での化学反応であり、しかも比較的長時間を有するなど、生産性や大量合成への設備投資の観点で、産業化するには大きな壁がある。またRhドープに関する記載はこれらの特許文献、非特許文献の中では、非特許文献3だけであるが、上述したように、水熱処理後直ちに高温アニール処理を施しているため、水熱処理後の微粒子の性状については、不明確なことが多い。 The prior art from the viewpoint of directly synthesizing crystalline strontium titanate (SrTiO 3 ) fine particles in a liquid phase which can obtain highly homogeneous fine particles and which can be controlled to a specific shape such as a cubic shape. If any of Patent Document 2, Patent Document 3, Patent Document 4, Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, and Non-Patent Document 3 synthesizes fine particles under the conditions of hydrothermal synthesis requiring high temperature and high pressure. doing. Although each of these patent documents clearly indicates that the form of the obtained fine particles is cubic, in any case, it is a chemical reaction under high temperature and high pressure, and has a relatively long time, etc. There are major barriers to industrialization in terms of productivity and capital investment in mass synthesis. Moreover, although the description regarding Rh dope is only these nonpatent literature 3 in these patent documents and nonpatent literatures, as it mentioned above, since high temperature annealing treatment is given immediately after hydrothermal treatment, the particles after hydrothermal treatment The nature of the substance is often unclear.

一方、大気圧下におけるチタン酸ストロンチウム微粒子の液相製造方法として、特許文献1が報告されているが、特定の結晶面を有する立方体形状に形状制御する方法については記載も示唆もされていない。また、Rhなどの金属元素のドープに関しても記載が一切ない。
このような状況を鑑みると、大気圧下での液相合成プロセスにおいて、立方体形状のチタン酸ストロンチウム(SrTiO)微粒子が合成されたという先行報告はないということに結論される。当然ながら、金属ドープをされた立方体形状のSrTiO微粒子を大気圧下の液相プロセスで合成された過去の先行事例もこれまでに報告された文献には存在しない。
On the other hand, although patent document 1 is reported as a liquid phase manufacturing method of strontium titanate microparticles under atmospheric pressure, there is neither description nor suggestion about the method of shape control to the cube shape which has a specific crystal face. In addition, there is no description at all regarding doping of metal elements such as Rh.
In view of these circumstances, it can be concluded that there is no prior report that cubic strontium titanate (SrTiO 3 ) fine particles were synthesized in the liquid phase synthesis process under atmospheric pressure. As a matter of course, there is no prior case where metal-doped cubic SrTiO 3 fine particles were synthesized in a liquid phase process under atmospheric pressure, in the literature reported so far.

ところで、Rhドープを行った水熱合成の事例が、唯一、非特許文献3に記されているが、ドープしたRh濃度は1%程度であり、合成プロセスとしては、初段プロセスで水熱合成を行った後、第二段プロセスで熱処理を施していることもあり、水熱処理だけで、どの程度のRhドープSrTiO3微粒子が合成できたのか、この論文だけから推量するのは容易ではない。いずれにしても、高温高圧下での水熱反応を用いている点で、大気圧下での合成ではなく、低コスト化での製造には不向きである。   By the way, although the case of Rh-doped hydrothermal synthesis is only described in Non-Patent Document 3, the doped Rh concentration is about 1%, and as the synthesis process, hydrothermal synthesis is performed in the first stage process. It is not easy to guess from this paper alone how much Rh-doped SrTiO3 fine particles could be synthesized only by the hydrothermal treatment, since heat treatment is carried out in the second step process. Anyway, it is not suitable for the production at cost reduction instead of synthesis under atmospheric pressure, in that the hydrothermal reaction under high temperature and high pressure is used.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、特定の結晶面を有する立方体形状に形状制御されたチタン酸ストロンチウム微粒子、あるいはRhドープチタン酸ストロンチウム微粒子を大気圧下にて、生産性良く製造することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and produces strontium titanate fine particles or Rh-doped strontium titanate fine particles whose shape is controlled in a cubic shape having a specific crystal plane with good productivity under atmospheric pressure. The purpose is to

本発明の立方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法は、
アルカリ性水溶液中にストロンチウム原料とチタン原料とが添加されてなる反応液を調製する反応液調製工程と、
反応液を大気圧下において80℃以上に加熱して反応液を反応させる反応工程とを有する。
The method for producing strontium titanate fine particles having a cubic shape of the present invention is
A reaction liquid preparation step of preparing a reaction liquid in which a strontium raw material and a titanium raw material are added to an alkaline aqueous solution;
And a reaction step of heating the reaction solution to 80 ° C. or higher under atmospheric pressure to cause the reaction solution to react.

本明細書において、「チタン酸ストロンチウム微粒子」とは、特に明記しない限り、ノンドープチタン酸ストロンチウム微粒子と金属ドープチタン酸ストロンチウム微粒子を含むものとする。   In the present specification, “strontium titanate fine particles” include non-doped strontium titanate fine particles and metal-doped strontium titanate fine particles, unless otherwise specified.

本明細書において、「反応液を反応させる」とは、反応液中に含まれる単数又は複数の成分を反応させることを意味する。   As used herein, "reacting the reaction solution" means reacting one or more components contained in the reaction solution.

また、本明細書中、用語「微粒子」とは、その平均粒子径が1μm未満のサイズのものを意味するものとし、好ましくはナノ粒子である。ナノ粒子は、一般的にはその平均粒子径が200nm以下のサイズのものを指していてよいが, 好ましくは200nm以下のサイズのものが挙げられる。ある場合には、ナノ粒子は、その平均粒子径が100nm以下のサイズのもの、また別の場合にはその平均粒子径が50nm以下のサイズのものであってよい。また好適な場合には、ナノ粒子は、その平均粒子径が20nm以下のサイズのもの、また別の場合にはその平均粒子径が10nm以下のサイズのものあるいは5nm以下のサイズのものであってよい。また好適な場合には、ナノ粒子の粒子サイズは均一なものが好ましいが、一定の割合でその粒子サイズの異なるものの混合しているものが好ましい場合もある。   Further, in the present specification, the term "fine particles" means particles having an average particle size of less than 1 μm, preferably nanoparticles. Nanoparticles may generally refer to those having an average particle size of 200 nm or less, preferably 200 nm or less. In some cases, the nanoparticles may be of a size with an average particle size of 100 nm or less, and in other cases with a size of 50 nm or less. Also preferably, the nanoparticles are of a size whose average particle size is less than or equal to 20 nm, and in other cases they are of a size which is less than or equal to 10 nm or less than or equal to 5 nm Good. In addition, in a preferred case, the particle size of the nanoparticles is preferably uniform, but in some cases, it may be preferable to mix particles having different particle sizes at a certain ratio.

平均粒子径の測定は当該分野で知られた方法により行うことができ、例えば、透過型電子顕微鏡観察法(TEM: Transmission Electron Microscopy)、吸着法、光散乱法、X線小角散乱法(SAXS:Small Angle X-ray Scattering)などにより測定できる。TEMでは電子顕微鏡で観察するが、粒子径分布が広い場合には、視野内に入った粒子が全粒子を代表しているか否かに注意を払う必要がある。吸着法は、N2吸着などによりBET表面積(Brunauer,Emmett,Teller の3名が単分子層吸着説であるLangmuir理論を多分子層に拡張した理論に基づく材料の表面積値)を評価するものである。 The measurement of the average particle size can be carried out by methods known in the art. For example, transmission electron microscopy (TEM), adsorption method, light scattering method, X-ray small angle scattering method (SAXS: It can be measured by Small Angle X-ray Scattering etc. In TEM, observation is performed with an electron microscope, but when the particle size distribution is wide, it is necessary to pay attention to whether or not the particles within the field of view represent all particles. The adsorption method is to evaluate the BET surface area (surface area value of the material based on the theory in which the three members of Brunauer, Emmett, Teller are the monolayer adsorption theory Langmuir theory extended to the multilayer layer) by N 2 adsorption etc. is there.

本発明のチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法において、チタン原料としては、チタン酸化物を含むことが好ましく、二酸化チタンを含むことがより好ましく、二酸化チタンの主成分がアナターゼ型二酸化チタンであることが更に好ましい。ここで主成分とは、含量70質量%以上の成分を意味する。
ストロンチウム原料としては、ストロンチウムの酢酸塩、硝酸塩、塩化物、炭酸塩、硫化物、及び水酸化物のうち少なくとも1種を含むことが好ましい。
In the method for producing strontium titanate fine particles of the present invention, the titanium raw material preferably contains titanium oxide, more preferably titanium dioxide, and the main component of titanium dioxide is anatase type titanium dioxide preferable. Here, the main component means a component having a content of 70% by mass or more.
The strontium raw material preferably contains at least one of an acetate, a nitrate, a chloride, a carbonate, a sulfide, and a hydroxide of strontium.

本明細書において、「チタン酸化物」とは、化学量論組成であるTiO、及び、TiO(1.5≦x≦2)で表される化学量論組成の二酸化チタン、及び、酸素欠損を伴うマグネリ相の酸化物群を意味する。また、チタン酸化物は、水溶液中では、Ti(OH)4やTiO・nHO(0<n<2)などの水酸化物、及び、水和物となっている場合がある。 In the present specification, “titanium oxide” means TiO 2 which is a stoichiometric composition, and titanium dioxide having a stoichiometric composition represented by TiO x (1.5 ≦ x ≦ 2), and oxygen The oxide group of the Magneli phase with defects is meant. In addition, the titanium oxide may be a hydroxide such as Ti (OH) 4 or TiO 2 · nH 2 O (0 <n <2) or a hydrate in an aqueous solution.

反応工程において反応液を反応させる温度は、大気圧下で90℃以上沸点以下であることが好ましく、出来れば沸点近傍であることがより好ましい。「沸点」とは、当然のことながら反応させる反応液の沸点を意味する。
また、反応工程において反応液のpHは13.5以上であることが好ましい。
The temperature at which the reaction solution is reacted in the reaction step is preferably 90 ° C. or more and the boiling point or less under atmospheric pressure, and more preferably in the vicinity of the boiling point if possible. “Boiling point” naturally means the boiling point of the reaction solution to be reacted.
In the reaction step, the pH of the reaction solution is preferably 13.5 or more.

反応液調製工程において、アルカリ水溶液中にストロンチウム(Sr)とチタン(Ti)以外に、Rh(ロジウム)を含むことにより、Rhドープされたチタン酸ストロンチウム微粒子を製造することができる。さらにそのRhの一部を、V(バナジウム)、Cr(クロム)、Mn(マンガン)、Fe(鉄)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)、Ga(ガリウム)、Nb(ニオブ)、Mo(モリブデン)、Ru(ルテニウム)、Pd(パラジウム)、In(インジウム)、Sb(アンチモン)、Ta(タンタル)、W(タングステン)、Re(レニウム)、Ir(イリジウム)、Pt(白金/プラチナ)、Bi(ビスマス)又は(La(ランタン)のうち少なくとも1種以上の金属原料で置換することも可能であり、これらの金属がドープされたチタン酸ストロンチウム微粒子を製造することができる。ドープされる金属としては少なくともRhが存在していることが好ましい。また、金属原料は水溶性原料であることが好ましい。   In the reaction liquid preparation step, Rh (rhodium) can be contained in the alkaline aqueous solution in addition to strontium (Sr) and titanium (Ti), whereby Rh-doped strontium titanate fine particles can be produced. Furthermore, part of the Rh is converted to V (vanadium), Cr (chromium), Mn (manganese), Fe (iron), Co (cobalt), Ni (nickel), Cu (copper), Zn (zinc), Ga Gallium), Nb (niobium), Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), Pd (palladium), In (indium), Sb (antimony), Ta (tantalum), W (tungsten), Re (rhenium), Ir (ir) It is also possible to substitute with at least one or more metal starting materials of iridium), Pt (platinum / platinum), Bi (bismuth) or (La (lanthanum), and strontium titanate fine particles doped with these metals can be used. Preferably, at least Rh is present as the metal to be doped, and the metal source is a water-soluble source Preferred.

反応液中のストロンチウム原料に対するドープする金属原料の総モル比は、0.15以下であることが好ましい。ストロンチウム原料に対する金属原料の総モル比は、それぞれの金属元素の総和のモル濃度との比を意味するものとする。例えば、水酸化ストロンチウムに対する塩化ロジウムのモル比は、反応液中のストロンチウムモル濃度[Sr]に対するロジウムモル濃度[Rh]の比である[Rh]/[Sr]と表記する。ロジウムの一部を一種の金属元素Mで置換した場合には、[Rh]+[M]/[Sr]を意味する。   The total molar ratio of the metal source to be doped to the strontium source in the reaction solution is preferably 0.15 or less. The total molar ratio of the metal material to the strontium material means the ratio to the molar concentration of the sum of the respective metal elements. For example, the molar ratio of rhodium chloride to strontium hydroxide is expressed as [Rh] / [Sr] which is the ratio of rhodium molar concentration [Rh] to strontium molar concentration [Sr] in the reaction solution. When a part of rhodium is substituted by one kind of metal element M, it means [Rh] + [M] / [Sr].

本発明の立方体形状のチタン酸ストロンチウム微粒子は、上記本発明のチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法により製造されてなる。
また、本発明の立方体形状のロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子は、
一般式Sr(Ti1−x(Rh1−y,M)Oで表され、
0<x≦0.07、且つ、0≦y<1であり、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Nb、Mo、Ru、Pd、In、Sb、Ta、W、Re、Ir、Pt、Bi、及び、Laからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素である。
The cubic strontium titanate fine particles of the present invention are produced by the method for producing strontium titanate fine particles of the present invention.
Further, the cube-shaped rhodium-doped strontium titanate fine particles of the present invention are
Formula Sr (Ti 1-x (Rh 1-y, M y) x) is represented by O 3,
0 <x ≦ 0.07 and 0 ≦ y <1, M is V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Nb, Mo, Ru, Pd, In, Sb, It is at least one metal element selected from the group consisting of Ta, W, Re, Ir, Pt, Bi, and La.

本明細書において、「立方体形状を有する(立方体形状の)チタン酸ストロンチウム微粒子及びロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子」とは、頂点の一部が面取りされた形状のチタン酸ストロンチウム微粒子及びロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子も含む。本発明のチタン酸ストロンチウム微粒子及びロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子は、実質的に立方体形状であり、透過型電子顕微鏡(TEM)像において、孤立した1粒子について、面積が最小となるような長方形で外接し、その長方形の面積S、粒子像の面積Scubeとした時、0.8<Scube/Sを満足する粒子とする。チタン酸ストロンチウム微粒子及びロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子は、常温にて立方晶が安定な結晶構造であるので、理想的な微粒子の形状は立方体であるが、立方晶のチタン酸ストロンチウム微粒子及びロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子の形状とみなされる範囲内の六面体形状の微粒子を実質的に立方体形状であるとする。 In the present specification, “strontium titanate fine particles having a cubic shape (cube shape) and rhodium-doped strontium titanate fine particles” refer to strontium titanate fine particles and rhodium-doped strontium titanate having a shape in which a part of the apex is chamfered. It also contains fine particles. The strontium titanate fine particles and the rhodium-doped strontium titanate fine particles of the present invention are substantially cube-shaped, and in a transmission electron microscope (TEM) image, a rectangular outer circumscribing such that the area is minimized for one isolated particle. When the rectangular area S 0 and the area S cube of the particle image are used, the particles satisfy 0.8 <S cube / S 0 . Strontium titanate fine particles and rhodium-doped strontium titanate fine particles have a crystal structure in which cubic crystals are stable at room temperature, so the shape of the ideal fine particles is cubic, but cubic strontium titanate fine particles and rhodium-doped titanium It is assumed that hexahedral-shaped microparticles within the range considered to be in the form of strontium strontium microparticles are substantially cube-shaped.

かかるチタン酸ストロンチウム微粒子及びロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子は、粒子表面に露出されている結晶面の85%以上が{100}面であることが好ましい。また、立方体形状の粒子の1辺の長さが、10nm以上500nm以下であることが好ましい。   In such strontium titanate fine particles and rhodium-doped strontium titanate fine particles, 85% or more of the crystal plane exposed on the particle surface is preferably a {100} plane. The length of one side of the cubic particle is preferably 10 nm or more and 500 nm or less.

本発明の立方体形状のロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子は、格子定数値が、0.3915nm以上0.3930nm以下の範囲であることが好ましい。また、光学バンドギャップが3.21eV以上3.54eV以下の範囲であることが好ましい。
本発明の立方体形状のロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子は、一辺の長さの平均値が、30nm以上80nm以下である立方体形状を有することが好ましい。
本明細書において、一辺の長さの平均値(平均粒子径)とは、倍率10万倍のTEM写真から、立方体形状を有する任意の10個の微粒子を選択し、各微粒子の一辺の長さ(粒子径)を測定した平均値である。
In the cube-shaped rhodium-doped strontium titanate fine particles of the present invention, the lattice constant value is preferably in the range of 0.3915 nm or more and 0.3930 nm or less. Further, the optical band gap is preferably in the range of 3.21 eV or more and 3.54 eV or less.
It is preferable that the cube-shaped rhodium-doped strontium titanate fine particles of the present invention have a cube shape in which the average value of the length of one side is 30 nm or more and 80 nm or less.
In the present specification, with the average value of the length of one side (average particle diameter), arbitrary 10 particles having a cubic shape are selected from a TEM photograph with a magnification of 100,000, and the length of one side of each particle It is the average value which measured (particle diameter).

本発明のチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法は、アルカリ性水溶液中にストロンチウム原料とチタン原料とが添加されてなる反応液を調製する反応液調製工程と、調整した反応液を大気圧下において80℃以上に加熱して反応液を反応させる反応工程とを有する。かかる構成によれば、チタン酸ストロンチウム結晶の<111>結晶方位を優先的に成長させて、表面が{100}面を有する立方体形状に形状制御されたチタン酸ストロンチウム微粒子またはRhドープチタン酸ストロンチウム微粒子を、大気圧下にて、生産性良く製造することができる。   The method for producing strontium titanate fine particles according to the present invention comprises a reaction liquid preparation step of preparing a reaction liquid in which a strontium raw material and a titanium raw material are added to an alkaline aqueous solution, and the prepared reaction liquid at 80 ° C. or higher under atmospheric pressure. And a reaction step of reacting the reaction solution. According to this configuration, strontium titanate fine particles or Rh-doped strontium titanate fine particles whose shape has been controlled to a cubic shape having a {100} plane by preferentially growing <111> crystal orientation of strontium titanate crystals Can be produced at atmospheric pressure with good productivity.

本発明のチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法のフロー図。The flow figure of the manufacturing method of the strontium titanate particles of the present invention. 出発原料としての二酸化チタン相と得られるチタン酸ストロンチウム微粒子の形状(透過型電子顕微鏡写真,TEM写真)及びX線回折パターンとの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the titanium dioxide phase as a starting material, the shape (transmission electron micrograph, TEM photograph) of a strontium titanate fine particle obtained, and a X-ray-diffraction pattern. 製造過程の各段階において得られた微粒子のX線回折パターンを経時的に示した図(実施例3)。The figure which showed the X-ray-diffraction pattern of the microparticles | fine-particles obtained in each step of the manufacturing process sequentially (Example 3). 合成の反応時間による微粒子の形態変化を示したTEM写真(実施例3)。The TEM photograph which showed the morphological change of microparticles | fine-particles by the reaction time of synthesis | combination (Example 3). Rhドープ量とX線回折パターンの関係を示した図(実施例4)。The figure which showed the relationship between Rh dope amount and a X-ray-diffraction pattern (Example 4). 実施例4においてRhドープ量と格子定数の関係を示した図。FIG. 16 shows the relationship between the Rh doping amount and the lattice constant in Example 4. Rhドープ量と微粒子形態との関係を示すTEM写真(低倍率)(実施例4)。The TEM photograph (low magnification) which shows the relationship between the amount of Rh doping and the form of fine particles (Example 4). Rhドープ量と微粒子形態との関係を示すTEM写真(高倍率)(実施例4)。The TEM photograph (high magnification) which shows the relationship between the amount of Rh doping and the form of fine particles (Example 4). ナノビーム制限視野電子線回折パターンを示す図(実施例4)。The figure which shows a nano beam limited field-of-view electron diffraction pattern (Example 4). 実施例4の各サンプルの拡散反射スペクトルを測定した結果を示す図。The figure which shows the result of having measured the diffuse reflection spectrum of each sample of Example 4. FIG. Rhドープ量と光学バンドギャップとの関係を示す図。The figure which shows the relationship between Rh dope amount and an optical band gap. Rh4価由来の電子スピン共鳴信号(ESR信号)を示す図(実施例4)。The figure which shows the electron spin resonance signal (ESR signal) derived from Rh 4 valence (Example 4). Rh4価由来のESR信号を示す図(固相法)。The figure which shows the ESR signal derived from Rh4 valence (solid phase method). Rhドープチタン酸ストロンチウム微粒子の熱重量−質量分析結果を示す図(実施例3)。The figure which shows the thermogravimetric-mass spectrometry result of Rh dope strontium titanate microparticles | fine-particles (Example 3). 立方体形状状Rhドープチタン酸ストロンチウム微粒子の合成可能領域を示す図。The figure which shows the synthetic | combination possible area | region of cube-shaped Rh-doped strontium titanate microparticles | fine-particles.

「チタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法」
図面を参照して、本発明にかかる一実施形態のチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法について説明する。図1は本実施形態のチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法のフロー図を示したものである。
"Production method of strontium titanate fine particles"
With reference to the drawings, a method of manufacturing strontium titanate particles according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a flow diagram of the method for producing strontium titanate fine particles of the present embodiment.

既に述べたように、特定の結晶面を有する立方体形状に形状制御されたチタン酸ストロンチウム微粒子の製造については、いくつか報告があるが、いずれも高圧下での水熱合成法によるものであり、大気圧下での製造については全く検討されていない。   As described above, although there have been some reports on the production of cubic shape-controlled strontium titanate fine particles having a specific crystal face, all of them are by hydrothermal synthesis under high pressure, It has not been studied at all under atmospheric pressure.

このことは、二酸化セリウム(CeO)や二酸化チタン(TiO)のような単純酸化物においても、反応場を超臨界条件とする、すなわち、高温高圧条件とすることにより形状制御性が増す傾向があるために、結晶構造が、複雑なチタン酸ストロンチウム微粒子の形状制御条件は、単純酸化物より厳しい条件が求められると考えられるためである。 This means that even in simple oxides such as cerium dioxide (CeO 2 ) and titanium dioxide (TiO 2 ), shape controllability tends to be increased by making the reaction field a supercritical condition, ie, high temperature and high pressure conditions. Because the crystal structure of the strontium titanate fine particle is complicated, the shape control condition of the complex is considered to be stricter than that of the simple oxide.

本発明者らは、チタン酸ストロンチウム微粒子の形状制御のメカニズムについて鋭意検討を行った。超臨界条件において形状制御された単純酸化物微粒子の事例が見られるのは、反応液中の水が臨界点を超えると物質の溶解度が急激に低下し、結晶核の生成及びその成長が急速に進むため、すなわち、生成される粒子の数が増えたためであり、大気圧下での低温合成で形状制御を達成させるためには、別の仕掛けあるいは工夫が必要であると考えた。実際に、チタン酸ストロンチウム微粒子の製造において、反応場を水熱条件から超臨界条件に変更しただけでは、かえって形状制御性が悪化したケースも確認された。   The present inventors diligently studied the mechanism of shape control of strontium titanate fine particles. The case of simple oxide fine particles whose shape is controlled under supercritical conditions can be seen when the water in the reaction solution exceeds the critical point, the solubility of the material drops sharply, and the formation of crystal nuclei and their growth rapidly In order to proceed, that is, because the number of particles generated increased, in order to achieve shape control in low temperature synthesis under atmospheric pressure, it was thought that another device or device was necessary. In fact, in the production of strontium titanate fine particles, it was also confirmed that the shape controllability was deteriorated only by changing the reaction site from hydrothermal conditions to supercritical conditions.

そこで本発明者らは、形状制御に重要な条件として、反応液中におけるチタン源とストロンチウム源の状態に着目して検討を行った。
本発明者らは、水溶液中のTiの電位―pH図に着目し、従来の水熱合成において用いられるチタン原料が、水溶液中において、pH条件等により二酸化チタン水和物(TiO・HO)や、Ti水酸化物(Ti(OH))又はHTiO イオン状態など、結合状態が変化することが、チタン酸ストロンチウム微粒子の形状制御に影響を及ぼしていると考えた。
従来の方法において、pH13.5以上に匹敵する水素イオン濃度条件とした場合に、形状制御性が良好となっていることから、強アルカリ条件の反応液中において安定な、Ti水酸化物(Ti(OH))又はHTiO イオンを、反応液中に安定して形成すること、すなわち、反応液の調製において、水中に加えられるチタン原料として、チタン酸化物を用いることにより、大気圧下であっても形状制御されたチタン酸ストロンチウム微粒子を製造可能となることを見出した。
Therefore, the present inventors conducted investigations focusing on the states of the titanium source and the strontium source in the reaction liquid as conditions important for shape control.
The present inventors focused on the potential-pH diagram of Ti in an aqueous solution, and titanium raw materials used in conventional hydrothermal synthesis were titanium dioxide hydrate (TiO 2 · H 2) in an aqueous solution according to pH conditions and the like. It was thought that the change in bonding state such as O), Ti hydroxide (Ti (OH) 4 ) or HTiO 3 - ion state influences the shape control of the strontium titanate fine particles.
In the conventional method, when the hydrogen ion concentration condition comparable to pH 13.5 or more is used, the shape controllability is good, and therefore, Ti hydroxide (Ti hydroxide stable in the reaction liquid under strong alkaline conditions) (OH) 4 ) or HTiO 3 ions are stably formed in the reaction solution, that is, by using titanium oxide as a titanium raw material added to water in preparation of the reaction solution, atmospheric pressure It has been found that even shape-controlled strontium titanate fine particles can be produced.

すなわち、本発明のチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法は、
アルカリ性水溶液中にストロンチウム原料とチタン原料、特にチタン酸化物原料とが添加されてなる反応液を調製する反応液調製工程と、
調整した反応液を大気圧下において80℃以上に加熱して反応液を反応させる反応工程とを有するものである。
That is, in the method for producing strontium titanate fine particles of the present invention,
A reaction liquid preparation step of preparing a reaction liquid in which a strontium raw material and a titanium raw material, particularly a titanium oxide raw material are added to an alkaline aqueous solution;
The reaction solution is heated at 80 ° C. or higher under atmospheric pressure to react the reaction solution.

反応液調製工程では、アルカリ性水溶液中にストロンチウム(Sr)原料とチタン(Ti)原料とが添加されてなる反応液を調製する。かかる反応液が調製することができれば、Sr原料、Ti原料、及び水溶液をアルカリ性にするための化合物(以下、塩基性化合物とする)の混合順序は特に限定されないが、Sr含有水溶液とTi含有水溶液をそれぞれ調製した後に、これらを混合した後に、塩基性化合物の水溶液を加えることが好ましい。なお、反応液調製工程において、工程終了後に調製された水溶液が反応液であるが、本明細書において、反応液調製工程の説明において、調製途中の混合液を、便宜上反応液として記載してあることもある。   In the reaction liquid preparation step, a reaction liquid in which a strontium (Sr) raw material and a titanium (Ti) raw material are added to an alkaline aqueous solution is prepared. If the reaction liquid can be prepared, the order of mixing the Sr raw material, the Ti raw material, and the compound (hereinafter referred to as a basic compound) for making the aqueous solution alkaline is not particularly limited. It is preferable to add an aqueous solution of a basic compound after mixing them after preparing each of In the reaction liquid preparation step, the aqueous solution prepared after the end of the step is the reaction liquid, but in the present specification, in the explanation of the reaction liquid preparation step, the mixed liquid in the process of preparation is described as the reaction liquid for convenience. Sometimes.

これらの水溶液を混合する方法については特に制限されないが、混合過程に於いて析出物を生じることを極力抑制する観点で、反応液の調製中は、よく攪拌を行うことが好ましい。また、攪拌は、次工程の反応工程を実施する直前まで実施することがより好ましい。   The method of mixing these aqueous solutions is not particularly limited, but from the viewpoint of minimizing the formation of precipitates in the mixing process, it is preferable to well stir during preparation of the reaction solution. In addition, it is more preferable to carry out the stirring until immediately before carrying out the reaction step of the next step.

Ti原料は、Ti酸化物であれば特に制限されないが、二酸化チタンが好ましい。二酸化チタンには、アナターゼ型とルチル型が主としてあるが、ペロブスカイト型の骨格に比較的近い骨格を有することから、アナターゼ型であることが好ましい。従って、Ti原料としては、アナターゼ型の二酸化チタンを主成分として含むことが最も好ましい。Ti原料としては、チタン酸化物を水中に溶解させたTi含有水溶液を用いることが好ましい。   The Ti raw material is not particularly limited as long as it is a Ti oxide, but titanium dioxide is preferable. Although titanium dioxide is mainly anatase type and rutile type, it is preferably anatase type because it has a skeleton relatively close to the perovskite type skeleton. Therefore, it is most preferable to contain anatase type titanium dioxide as a main component as the Ti raw material. As the Ti raw material, it is preferable to use a Ti-containing aqueous solution in which a titanium oxide is dissolved in water.

Ti酸化物の濃度は、得たい濃度に応じて任意に選択することが出来るが、均一性良く、また生産性良く、形状制御されたチタン酸ストロンチウム微粒子を得る観点から、1mmol/L以上500mmol/L以下であることが好ましい。   The concentration of Ti oxide can be arbitrarily selected according to the concentration to be obtained, but from the viewpoint of obtaining shape-controlled strontium titanate fine particles with good uniformity and productivity, 1 mmol / L or more and 500 mmol / l. It is preferable that it is L or less.

Sr原料としては、特に制限されないが、水溶性のSr化合物が好ましい。具体的には、Srの水酸化物、酸化物、塩化物,フッ化物,ヨウ化物等のハロゲン化物、硝酸塩,炭酸塩,硫酸塩等の無機酸塩、酢酸塩,シュウ酸塩,乳酸塩等の有機酸塩等が挙げられ、酢酸塩、硝酸塩、塩化物、硫化物、及び水酸化物のうち少なくとも1種を含むことが好ましい。Sr原料としては、上記Sr化合物を水中に溶解させたSr含有水溶液を用いることが好ましい。   The Sr raw material is not particularly limited, but a water-soluble Sr compound is preferable. Specifically, Sr hydroxides, oxides, chlorides, fluorides, halides such as iodides, nitrates, carbonates, inorganic acid salts such as sulfates, acetates, oxalates, lactates, etc. And the like, and preferably contain at least one of acetate, nitrate, chloride, sulfide, and hydroxide. As a Sr raw material, it is preferable to use the Sr containing aqueous solution which melt | dissolved the said Sr compound in water.

反応液のpHは、アルカリ性であれば特に制限されないが、pH13以上の強アルカリ条件であることが好ましい。pHの調整は、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム等の電離度0.8以上の塩基性化合物を反応液中に添加することにより実施することができる。かかる塩基性化合物を用いた場合、反応液中の塩基性化合物の濃度は、1mol/L以上であることが好ましい。塩基性化合物は水溶液(アルカリ性水溶液)にして、調製中の反応液中に滴下することが好ましい。   The pH of the reaction solution is not particularly limited as long as it is alkaline, but it is preferably a strong alkaline condition of pH 13 or more. Adjustment of the pH can be carried out by adding a basic compound such as potassium hydroxide or sodium hydroxide having an ionization degree of 0.8 or more to the reaction solution. When such a basic compound is used, the concentration of the basic compound in the reaction solution is preferably 1 mol / L or more. The basic compound is preferably made into an aqueous solution (alkaline aqueous solution) and dropped into the reaction solution under preparation.

反応液調製工程において、反応液中に、アルカリ水溶液中に、Rh(ロジウム),あるいは、そのRhの一部を、V(バナジウム)、Cr(クロム)、Mn(マンガン)、Fe(鉄)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)、Ga(ガリウム)、Nb(ニオブ)、Mo(モリブデン)、Ru(ルテニウム)、Pd(パラジウム)、In(インジウム)、Sb(アンチモン)、Ta(タンタル)、W(タングステン)、Re(レニウム)、Ir(イリジウム)、Pt(白金/プラチナ)、Bi(ビスマス)又はLa(ランタン)のうち少なくとも1種以上の金属原料で置換された金属原料を含むことにより、これらの金属がドープされたチタン酸ストロンチウム微粒子を製造することができる。アルカリ水溶液中に混合する観点から、金属原料は水溶性原料であることが好ましい。水溶性金属原料としては、上記金属の塩化物、酸化物、硝酸塩等が挙げられる。   In the reaction liquid preparation step, Rh (rhodium), or a part of the Rh in the alkaline aqueous solution in the reaction liquid, V (vanadium), Cr (chromium), Mn (manganese), Fe (iron), Co (cobalt), Ni (nickel), Cu (copper), Zn (zinc), Ga (gallium), Nb (niobium), Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), Pd (palladium), In (indium), At least one metal raw material of Sb (antimony), Ta (tantalum), W (tungsten), Re (rhenium), Ir (iridium), Pt (platinum / platinum), Bi (bismuth) or La (lanthanum) Strontium titanate fine particles doped with these metals can be manufactured by including the metal raw material substituted by. From the viewpoint of mixing in an alkaline aqueous solution, the metal source is preferably a water-soluble source. Examples of water-soluble metal raw materials include chlorides, oxides, and nitrates of the above metals.

上記例示した金属元素の中で、Rh元素、あるいはRh元素の一部を他元素で置換したものを添加することにより、得られる酸化物粒子の可視光応答能を大幅に増大させることができる。また、バンドギャップを調製制御することが出来るため、電極とのポテンシャル障壁を変えられることで、キャパシタ特性を向上させられる。好ましいロジウム原料としては、塩化ロジウム(III)、酸化ロジウム(III)、酸化ロジウム(IV)、硝酸ロジウム(III)等が挙げられる。   Among the metal elements exemplified above, the addition of the Rh element or one in which a part of the Rh element is substituted by another element can significantly increase the visible light responsiveness of the obtained oxide particles. In addition, since the band gap can be adjusted and controlled, the capacitor characteristics can be improved by changing the potential barrier with the electrode. As preferable rhodium raw materials, rhodium (III) chloride, rhodium (III) oxide, rhodium (IV) oxide, rhodium (III) nitrate and the like can be mentioned.

金属原料の添加量は、高い光触媒能を得る観点から、ペロブスカイト構造を取りうる範囲内で多い方が好ましい。かかる観点から、反応液中のSr原料に対する金属原料の総モル比は、0.001以上0.15以下であることが好ましい。Sr原料に対する金属原料の総モル比は、([Rh]+[M])/[Sr]なる比を意味するものとする。金属原料は、ストロンチウム原料に対して、少量であることから、予め金属原料の水溶液を準備しておくことが好ましい。   From the viewpoint of obtaining high photocatalytic ability, it is preferable that the addition amount of the metal raw material be as large as possible within the range in which the perovskite structure can be taken. From this point of view, the total molar ratio of the metal source to the Sr source in the reaction solution is preferably 0.001 or more and 0.15 or less. The total molar ratio of the metal source to the Sr source means the ratio of ([Rh] + [M]) / [Sr]. It is preferable to prepare an aqueous solution of the metal source in advance because the metal source is a small amount relative to the strontium source.

なお、金属原料を添加する場合には、アルカリ性水溶液の添加は、金属原料の添加後であってもかまわない。   When a metal source is added, the addition of the alkaline aqueous solution may be after the addition of the metal source.

<反応工程>
反応工程では、上記反応液調製工程にて調製した反応液を、大気圧下、80℃以上にて反応させる。反応液を反応させる温度は、80℃以上沸点以下であればよく、90℃以上であることが好ましい。
反応工程で使用する合成反応槽としては、大気圧を維持できるものであれば特に制限されず、丸底フラスコが好ましい。
<Reaction process>
In the reaction step, the reaction liquid prepared in the reaction liquid preparation step is reacted at 80 ° C. or higher under atmospheric pressure. The temperature for reacting the reaction solution may be 80 ° C. or more and the boiling point or less, and is preferably 90 ° C. or more.
The synthesis reaction tank used in the reaction step is not particularly limited as long as it can maintain atmospheric pressure, and a round bottom flask is preferable.

反応液の加熱方法は特に限定されず、アルミブロック加熱、ホットプレート加熱、電気炉加熱、赤外線加熱、マイクロ波加熱等から選択することができる。加熱装置の温度は、熱伝導の観点から水の常圧における沸点100℃より高いことが好ましい。昇温速度は、生産性の観点から1℃/min〜100℃/minであることが好ましいが、合成反応の主要因子というわけではないので、この昇温速度は限定的なものではない。   The heating method of the reaction solution is not particularly limited, and can be selected from aluminum block heating, hot plate heating, electric furnace heating, infrared heating, microwave heating and the like. The temperature of the heating device is preferably higher than the boiling point 100 ° C. of water at normal pressure from the viewpoint of heat conduction. The temperature elevation rate is preferably 1 ° C./min to 100 ° C./min from the viewpoint of productivity, but this is not a main factor of the synthesis reaction, so this temperature elevation rate is not limited.

反応工程中、反応液は攪拌することが好ましい。撹拌速度は、溶質が均一に分散すれば良く、100rpm〜1000rpm程度が好ましい。   During the reaction process, the reaction solution is preferably stirred. The stirring speed may be such that the solute is uniformly dispersed, and about 100 rpm to about 1000 rpm is preferable.

反応時間は、充分に反応が進行する範囲内で短い方が好ましいが、2時間以上12時間以下であることが好ましい。ここで12時間以下というのは、コストを意識しての見解である。   The reaction time is preferably short within the range in which the reaction proceeds sufficiently, but is preferably 2 hours or more and 12 hours or less. Here 12 hours or less is a cost-conscious view.

反応終了後、反応液は、溶媒中のアルカリ成分等を除去するために脱塩工程を行うことが好ましい。脱塩工程としては特に制限されないが、溶媒と合成された微粒子を遠心分離等により分離する方法が好適である。好ましい遠心分離条件としては、5000〜20000rpm、5分〜15分、3℃〜30℃が挙げられる。遠心分離操作は2回以上繰り返すことが好ましく、遠心分離操作間には、上澄みを廃棄した後に、20mL〜100mLの純水を加えて再び合成された微粒子の懸濁液とする工程を含むことが好ましい。
一方で、反応後、反応液に対して、デカンテーションを数回行い、液全体のpHを中性にした後、シンプルにろ過を行うことで、微粒子を回収することも十分可能である。
After completion of the reaction, the reaction solution is preferably subjected to a desalting step to remove alkali components and the like in the solvent. The desalting step is not particularly limited, but a method of separating fine particles synthesized with a solvent by centrifugation or the like is preferable. Preferred conditions for centrifugation include 5000 to 20000 rpm, 5 minutes to 15 minutes, 3 ° C. to 30 ° C. It is preferable to repeat the centrifugation operation twice or more, and between the centrifugation operations, after discarding the supernatant, include a step of adding 20 mL to 100 mL of pure water to obtain a suspension of the synthesized microparticles again. preferable.
On the other hand, after the reaction, decantation is performed several times on the reaction solution to make the pH of the whole solution neutral, and it is also possible to recover fine particles by simple filtration.

脱塩後に得られたチタン酸ストロンチウム微粒子は、以下の乾燥工程を行うことが好ましい。乾燥工程は、分離された微粒子の水分を完全に蒸発させられれば特に制限されないが、100℃〜120℃で1時間〜3時間乾燥させることが好ましい。乾燥工程において、加熱処理の方法は特に限定されず、ホットプレート加熱、電気炉加熱、赤外線加熱、マイクロ波加熱等から選択することができる。又、乾燥における雰囲気に特に制限はしないが、製造コスト等の観点から大気圧下、大気中で行うことが好ましい。   The strontium titanate fine particles obtained after desalting are preferably subjected to the following drying step. The drying step is not particularly limited as long as the moisture of the separated fine particles can be completely evaporated, but it is preferable to dry at 100 ° C. to 120 ° C. for 1 hour to 3 hours. In the drying step, the method of heat treatment is not particularly limited, and can be selected from hot plate heating, electric furnace heating, infrared heating, microwave heating and the like. Although the atmosphere for drying is not particularly limited, it is preferable to carry out under atmospheric pressure and in the air from the viewpoint of production cost and the like.

後記実施例に示されるように、上記の方法により得られたチタン酸ストロンチウム微粒子は、表面が{100}面を有するように形状制御され、立方体形状を有している。チタン酸ストロンチウム微粒子は常温にて立方晶が安定な結晶構造であることから、立方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子の表面は、{100}面となっている。   As shown in Examples described later, the strontium titanate fine particles obtained by the above method are controlled in shape so that the surface has a {100} plane, and have a cubic shape. Since the strontium titanate fine particles have a crystal structure in which cubic crystals are stable at normal temperature, the surface of the strontium titanate fine particles having a cubic shape has a {100} plane.

後記実施例の図13は、形状制御されたロジウム含有チタン酸ストロンチウムの製造可否について、縦軸を反応温度、横軸を反応液中の[Rh]/[Sr]値としてマッピングしたものである。図13には、本発明のチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法では、従来の方法に比して、格段に低い100℃以下の温度にて、立方体若しくは直方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子、及びロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子を製造することができることが示されている。   FIG. 13 of the Example described later maps the reaction temperature on the vertical axis and the [Rh] / [Sr] value in the reaction liquid on the production availability of shape-controlled rhodium-containing strontium titanate. FIG. 13 shows strontium titanate fine particles having a cubic or rectangular parallelepiped shape and rhodium doping in the method of the present invention for producing strontium titanate fine particles at a temperature significantly lower than 100 ° C. as compared with the conventional method. It has been shown that strontium titanate microparticles can be produced.

本発明のチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法は、アルカリ性水溶液中にSr原料とTi原料とが添加されてなる反応液を調製する反応液調製工程と、調整した反応液を大気圧下において80℃以上に加熱して反応液を反応させる反応工程とを有する。かかる構成によれば、チタン酸ストロンチウム結晶の<111>結晶方位を優先的に成長させて、表面が{100}面を有するように形状制御されたチタン酸ストロンチウム微粒子を、大気圧下にて、生産性良く製造することができる。本発明のチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法は、大気圧下で合成できることから、フロー方式で大量合成することが容易となる。   The method for producing strontium titanate fine particles according to the present invention comprises a reaction liquid preparation step of preparing a reaction liquid in which an Sr raw material and a Ti raw material are added to an alkaline aqueous solution, and the prepared reaction liquid at 80 ° C. or higher under atmospheric pressure. And a reaction step of reacting the reaction solution. According to this configuration, strontium titanate fine particles whose shape has been controlled so that the surface has a {100} plane can be grown preferentially at <110> crystal orientation of the strontium titanate crystal under atmospheric pressure, It can be manufactured with good productivity. The method for producing strontium titanate fine particles of the present invention can be easily synthesized in a large amount by the flow method because it can be synthesized under atmospheric pressure.

「立方体形状のチタン酸ストロンチウム微粒子、立方体形状のロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子」
本発明の立方体形状のチタン酸ストロンチウム微粒子は、上記本発明の立方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法により製造されてなり、立方体形状を有している。
また、本発明の立方体形状のロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子は、
一般式Sr(Ti1−x(Rh1−y,M)Oで表され、
0<x≦0.07、且つ、0≦y<1であり、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Nb、Mo、Ru、Pd、In、Sb、Ta、W、Re、Ir、Pt、Bi、及び、Laからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素である。
上記一般式において、yが0であるRh単独ドープチタン酸ストロンチウム微粒子であることが好ましい。
"Cube-shaped strontium titanate particles, cube-shaped rhodium-doped strontium titanate particles"
The cubic strontium titanate fine particles of the present invention are produced by the method for producing the strontium titanate fine particles having the cubic shape of the present invention described above, and have a cubic shape.
Further, the cube-shaped rhodium-doped strontium titanate fine particles of the present invention are
Formula Sr (Ti 1-x (Rh 1-y, M y) x) is represented by O 3,
0 <x ≦ 0.07 and 0 ≦ y <1, M is V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Nb, Mo, Ru, Pd, In, Sb, It is at least one metal element selected from the group consisting of Ta, W, Re, Ir, Pt, Bi, and La.
It is preferable that it is Rh single dope strontium titanate microparticles | fine-particles whose y is 0 in the said General formula.

かかるチタン酸ストロンチウム微粒子及びロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子は、この立方体若しくは直方体の表面に露出されている結晶面の85%以上が{100}面であることが好ましい。また、立方体の1辺の長さの平均値が、10nm以上500nm以下であることが好ましく、30nm以上80nm以下であることがより好ましい。   In such strontium titanate fine particles and rhodium-doped strontium titanate fine particles, 85% or more of the crystal plane exposed on the surface of the cube or rectangular parallelepiped is preferably a {100} plane. Further, the average value of the length of one side of the cube is preferably 10 nm or more and 500 nm or less, and more preferably 30 nm or more and 80 nm or less.

上記本発明の立方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法により得られた微粒子の用途には特に限定はないが、Rh元素、あるいはRh元素の一部を、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Nb、Mo、Ru、Pd、In、Sb、Ta、W、Re、Ir、Pt、Bi又はLaのうち少なくとも1種の金属原料で置換された他の金属元素で置換したものをドープすることにより、得られる酸化物粒子の可視光応答能を大幅に増大させることができると共に、バンドギャップを調製制御することが出来るため、電極とのポテンシャル障壁を変えられることで、キャパシタ特性を向上させることも可能となる。立方体形状に形状制御されている微粒子は、表面積や面方位の寄与が大きい触媒として好適であるため、水素・酸素生成光触媒システムに好適な、非常に触媒性能の高い光触媒用原料やキャパシタ用原料として好ましく用いることができる。   The application of the fine particles obtained by the method for producing strontium titanate fine particles having a cubic shape according to the present invention is not particularly limited, but the Rh element or a part of the Rh element can be selected from V, Cr, Mn, Fe, Co , Ni, Cu, Zn, Ga, Nb, Mo, Ru, Pd, In, Sb, Ta, W, Re, Ir, Pt, Bi, or another metal element substituted by at least one metal source of La In addition to being able to significantly increase the visible light responsivity of the resulting oxide particles by doping the ones substituted with y, it is possible to adjust and control the band gap, so that the potential barrier with the electrode can be changed. Thus, the capacitor characteristics can be improved. Since fine particles whose shape is controlled in a cubic shape are suitable as catalysts having a large contribution of surface area and plane orientation, they are suitable as raw materials for photocatalysts with very high catalytic performance and raw materials for capacitors suitable for hydrogen / oxygen generation photocatalyst systems. It can be used preferably.

水素生成光触媒システム及び酸素生成光触媒システム(以下、水素・酸素光触媒システムと略記することがある。)は、太陽光の照射により水素と酸素を生成する光触媒であり、光触媒は、表面積や面方位の寄与が大きいことが知られている。上記本発明の立方体形状のロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法によれば、例えば、図9に示したように、Rhドープによるバンドギャップの制御が明瞭にできるため、太陽光の可視域の光を有効に利用できることが初めて示されている。同時に電極近傍の接触抵抗の制御性も改善させられる可能性が非常に高い。
一方で、非特許文献4より光触媒の活性面と考えられている{100}面が露出された、50nm程度の均一な立方体形状の微粒子を製造することができるため、光触媒用途に好適である。
A hydrogen generation photocatalyst system and an oxygen generation photocatalyst system (hereinafter sometimes abbreviated as hydrogen and oxygen photocatalyst system) are photocatalysts that generate hydrogen and oxygen by irradiation of sunlight, and the photocatalyst has a surface area or plane orientation. It is known that the contribution is large. According to the manufacturing method of the cube-shaped rhodium-doped strontium titanate fine particles of the present invention, for example, as shown in FIG. 9, since the control of the band gap by Rh doping can be made clear, the light in the visible range of sunlight It has been shown for the first time that it can be used effectively. At the same time, the controllability of the contact resistance in the vicinity of the electrode is very likely to be improved.
On the other hand, since it is possible to produce uniform cubic shaped fine particles of about 50 nm in which the {100} plane is exposed, which is considered to be the active surface of photocatalyst from Non-Patent Document 4, it is suitable for photocatalyst application.

水素・酸素生成光触媒システムに用いる際の態様としては特に制限されないが、例えば、金属ドープチタン酸ストロンチウム微粒子を基板に塗布してなる水素製造用薄膜の態様が挙げられる。   The mode for use in the hydrogen / oxygen generation photocatalyst system is not particularly limited, and examples thereof include a mode for a thin film for hydrogen production formed by applying metal-doped strontium titanate fine particles to a substrate.

光触媒の用途では、金属ドープチタン酸ストロンチウム微粒子は、微粒子の表面に、助触媒と備えた態様とすることが好ましい。金属助触媒を担持したチタン酸ストロンチウム微粒子は、光照射によってチタン酸ストロンチウム内で励起された電子が、表面の金属助触媒の存在により表面に速やかに移動するため、正孔との再結合の抑制と高効率な還元反応を可能にするため、効率良く水素を生成することができる。   In the application of the photocatalyst, the metal-doped strontium titanate fine particles are preferably provided on the surface of the fine particles together with the cocatalyst. Strontium titanate fine particles supporting a metal promoter suppress electron recombination with holes because electrons excited in the strontium titanate by light irradiation move rapidly to the surface due to the presence of the metal promoter on the surface. Thus, hydrogen can be efficiently generated to enable highly efficient reduction reaction.

助触媒を付加する場合、その付加方法は特に制限されないが、光電着法、含浸法、無電解メッキ等を用いる手法が挙げられる。より高い光触媒を得る観点、および、助触媒付加と同時に光触媒能評価を行える観点から、光電着法を用いる手法が好ましい。   When a cocatalyst is added, the addition method is not particularly limited, and examples thereof include a method using an optical electrodeposition method, an impregnation method, electroless plating and the like. From the viewpoint of obtaining a higher photocatalyst and the viewpoint of carrying out the photocatalytic activity evaluation simultaneously with the addition of a cocatalyst, a method using a photo electrodeposition method is preferable.

光電着の光源としては、酸化物粒子の吸収波長よりも高いエネルギーに分布を持つ、キセノンランプ、水銀ランプあるいは太陽光が挙げられるが、大面積に均一に、安価な設備で照射を行う観点からキセノンランプが好ましい。光電着工程において、反応槽の表面には波長420nm以上の可視光を照度で照射することが好ましい。   As a light source for photo electrodeposition, a xenon lamp, a mercury lamp or sunlight having a distribution with energy higher than the absorption wavelength of oxide particles can be mentioned, but from the viewpoint of performing irradiation with a large area uniformly and inexpensive equipment. A xenon lamp is preferred. In the photo electrodeposition step, it is preferable to irradiate the surface of the reaction vessel with visible light having a wavelength of 420 nm or more at an illuminance.

光電着工程における雰囲気に制限はなく、大気圧下であっても、任意のガス中であってもよいが、同時に光触媒能を評価する場合には、アルゴン雰囲気下で行うことが好ましい。
光電着工程における反応液の最高到達温度は、溶媒の蒸発を抑えるために、40℃以下であることが好ましく、より好ましくは10℃〜25℃が好ましい。
The atmosphere in the photo-electrodeposition step is not limited, and may be under atmospheric pressure or in any gas, but when evaluating the photocatalytic activity simultaneously, it is preferable to carry out under an argon atmosphere.
The maximum temperature reached of the reaction liquid in the photo-electrodeposition step is preferably 40 ° C. or less, more preferably 10 ° C. to 25 ° C. in order to suppress evaporation of the solvent.

金属助触媒としては、白金、銀、金、ロジウム、クロム等のいずれかが好ましく、高い光触媒活性を示す白金、ロジウムのいずれかがより好ましい。例えば、白金原料としては、溶媒中で還元反応によりチタン酸ストロンチウム微粒子に付着させる観点から、ヘキサクロロ白金酸六水和物、テトラクロロ白金酸六水和物のいずれかを用いることが好ましい。白金の濃度としては、チタン酸ストロンチウム重量に対して、0.1重量%〜20.0重量%であることが好ましい。   As the metal promoter, any of platinum, silver, gold, rhodium, chromium and the like is preferable, and any of platinum and rhodium exhibiting high photocatalytic activity is more preferable. For example, as a platinum raw material, it is preferable to use either hexachloroplatinic acid hexahydrate or tetrachloroplatinic acid hexahydrate from the viewpoint of adhering to strontium titanate fine particles by a reduction reaction in a solvent. The concentration of platinum is preferably 0.1% by weight to 20.0% by weight with respect to the weight of strontium titanate.

担持された金属助触媒と、母触媒であるチタン酸ストロンチウムとの間(界面)に電子のトラップを生じると、助触媒はその効果を充分に発揮することが難しい。電子トラップを生じにくくするためには、チタン酸ストロンチウム微粒子は、できるだけ担持金属と格子整合性の良い結晶面を有することが好ましい。上記のようにして形状制御された、立方晶チタン酸ストロンチウムの格子定数は0.392nm程度である。かかる格子定数と担持金属である、Pt,Ir,Pd,Rh,Ru,Cu,Ni,Coの格子定数とは不整合率が12%以下であり、Ir,Pdは5%以下,Ptは0.5%以下であることから,表面の{100}面率の高い立方体形状のチタン酸ストロンチウム微粒子とすることにより、担持金属との界面の電子トラップの少ない高効率な光触媒を実現しうる。
従って、本発明の立方体形状のロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子は、格子定数値が、0.3915nm以上0.3930nm以下の範囲であることが好ましい。
When an electron trap is generated between the supported metal promoter and strontium titanate which is a mother catalyst (interface), it is difficult for the promoter to fully exhibit its effect. In order to make the electron trap difficult to occur, it is preferable that the strontium titanate fine particles have a crystal face that is as lattice-matched as possible with the supported metal. The lattice constant of cubic strontium titanate whose shape is controlled as described above is about 0.392 nm. The lattice constant of this lattice constant and the lattice constant of the supported metal, Pt, Ir, Pd, Rh, Ru, Cu, Ni, Co, has a mismatch rate of 12% or less, Ir or Pd is 5% or less, Pt is 0 .5% or less, by forming cubic strontium titanate fine particles having a high {100} surface ratio of the surface, a highly efficient photocatalyst with few electron traps at the interface with the supported metal can be realized.
Therefore, it is preferable that the lattice constant value of the cube-shaped rhodium-doped strontium titanate fine particle of the present invention is in the range of 0.3915 nm to 0.3930 nm.

本発明により得られるロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子は、水素・酸素生成光触媒システム以外の用途にも用いることができる。例えば、助触媒としてルテニウム錯体などの有機物を用いることで、二酸化炭素から有機物を生成する人工光合成装置に組み込むことが可能である。さらに、酸素生成光触媒と組み合わせることで、水の完全分解が可能となり、水素・酸素を同時に製造する光触媒装置に適している。酸素生成光触媒としては、酸化タングステン、バナジン酸ビスマス等と好適に組み合わせることが可能である。   The rhodium-doped strontium titanate fine particles obtained by the present invention can be used in applications other than hydrogen and oxygen generation photocatalyst systems. For example, by using an organic substance such as a ruthenium complex as a cocatalyst, it is possible to incorporate it into an artificial photosynthesis device that generates an organic substance from carbon dioxide. Furthermore, the combination with an oxygen generation photocatalyst enables complete decomposition of water, and is suitable for a photocatalyst device that simultaneously produces hydrogen and oxygen. The oxygen generation photocatalyst can be suitably combined with tungsten oxide, bismuth vanadate or the like.

更に、立方体形状のチタン酸ストロンチウム微粒子は、光触媒用途以外においても、立方体形状は立方晶粒子本来の形状であること、また、配列させやすいこと、緻密膜を形成しやすいこと、等様々な利点を有している。   Furthermore, the cubic strontium titanate fine particles have various advantages such as cubic shape being the original shape of cubic crystal particles, easy arrangement, easy formation of a dense film, and the like other than photocatalyst application. Have.

「設計変更」
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。
"Design changes"
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the scope of the present invention.

以下に実施例を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
(実施例1)
図1に示すフローのとおり、テフロン(登録商標)製三口フラスコに入れた純水160mLに水酸化ナトリウム(NaOH)1molを溶解させて水酸化ナトリウム水溶液を調製し、硝酸ストロンチウム(II)無水物(和光純薬製、98%)2.04mmol、及び、酸化チタン(TiO(P25))(Degussa、99.5%)2.04mmolを40mLの純水中に添加して得られたSr,Ti含有水溶液を、水酸化ナトリウム水溶液に混合して混合溶液を得た。この混合溶液に、塩化ロジウム三水和物(RhCl・3HO)(和光純薬製、95%)を、反応液中のRhモル濃度がSrモル濃度の1.0%([Rh]/[Sr]=0.01)となるように添加した後、超音波を数分間照射することにより懸濁状態の反応液を得た。反応液のpHは14.3であった。
Examples are described below, but the present invention is not limited by these examples.
Example 1
According to the flow shown in FIG. 1, 1 mol of sodium hydroxide (NaOH) is dissolved in 160 mL of pure water put in a three-necked Teflon (registered trademark) solution to prepare a sodium hydroxide aqueous solution, and strontium nitrate (II) anhydride ( Sr, Ti obtained by adding 2.04 mmol of Wako Pure Chemical Industries, 98%) and 2.04 mmol of titanium oxide (TiO 2 (P 25)) (Degussa, 99.5%) into 40 mL of pure water The containing aqueous solution was mixed with an aqueous sodium hydroxide solution to obtain a mixed solution. To this mixed solution, rhodium trihydrate (RhCl 2 · 3H 2 O) chloride (produced by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 95%), and 1.0% of Rh molar concentration in the reaction solution is Sr molar concentration ([Rh] After adding so that / [Sr] = 0.01), a reaction liquid in a suspended state was obtained by irradiating ultrasonic waves for several minutes. The pH of the reaction solution was 14.3.

上記三口フラスコを、スターラー付きアルミブロック恒温槽(Synflex社、BBS-108RB)に設置し、500rpmの撹拌速度で撹拌しながら加熱して沸騰させ、沸騰後6時間還流して反応液を反応させた。加熱時の恒温槽の設定温度を150℃とした。沸騰時の反応液の温度は100℃であった。   The three-necked flask was placed in a thermostatted aluminum block bath (Synflex, BBS-108RB), heated at a stirring speed of 500 rpm for heating and boiling under stirring, and after boiling, refluxed for 6 hours to react the reaction liquid . The set temperature of the thermostatic bath at the time of heating was 150.degree. The temperature of the reaction liquid at boiling was 100 ° C.

脱塩工程は、まず、反応物を40mLずつ5本の遠心管に分けて、それぞれ遠心分離による洗浄工程を実施した後、遠心管の上澄みを廃棄した後純水20mLを加えて得られた懸濁液を超音波処理し、再度上記洗浄工程を実施することにより行った。洗浄工程における遠心分離条件は、10,000rpmにて10分間とした。
脱塩後、沈殿物の入った遠心管に、それぞれ純水30mLを加えて沈殿物が分散されてなる懸濁液を得、得られた懸濁液をシャーレに移し、シャーレをホットプレート上に置いて100℃にて1時間乾燥させて、脱塩処理が施された沈殿物を得た。
In the desalting step, first, the reaction product is divided into five 40 mL aliquots of centrifugation tubes, each of which is subjected to a washing step by centrifugation, and after discarding the supernatant of the centrifugation tube, 20 mL of pure water is added. The turbid solution was subjected to ultrasonication, and the above-mentioned washing step was carried out again. The centrifugation conditions in the washing step were 10 minutes at 10,000 rpm.
After desalting, 30 mL of pure water is added to each of the precipitate-containing centrifuge tubes to obtain a suspension in which the precipitates are dispersed. The resulting suspension is transferred to a petri dish, and the petri dish is placed on a hot plate. The mixture was placed and dried at 100 ° C. for 1 hour to obtain a desalted precipitate.

(実施例2)
チタン原料をルチル型にした以外は、実施例1と同様にして、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子を作製した。
(Example 2)
Rhodium-doped strontium titanate fine particles were produced in the same manner as in Example 1 except that the titanium raw material was changed to rutile type.

実施例1と実施例2で得られたロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子のTEM写真とXRDパターンを計測した結果を図2に示す。図2において、実施例1の結果についてはアナターゼ型、実施例2の結果についてはルチル型として示してある。チタン原料をルチル型にした場合には、立方体形状の粒子は少なく、また、ペロブスカイト相以外の異相が多く見られた。   The results of measuring the TEM photograph and the XRD pattern of the rhodium-doped strontium titanate fine particles obtained in Example 1 and Example 2 are shown in FIG. In FIG. 2, the results of Example 1 are shown as anatase, and the results of Example 2 are shown as rutile. When the titanium raw material was rutile type, there were few particles of cubic shape, and many other phases other than the perovskite phase were observed.

(実施例3)
本実施例では、実施例1と同様の製造条件において、生成物の時系列変化を確認するために、加熱前、沸騰直後、そして沸騰後1時間おきにフラスコ内の反応液をそれぞれ4mLずつサンプリングし、それぞれの反応液に対して、溶媒中のアルカリ成分等を除去する脱塩工程及び乾燥工程を実施して、それぞれのサンプル内の沈殿物を回収し、各沈殿物のXRD測定(図3)、及び、TEM写真の撮影(図4)を行った。図3、及び図4から、沸騰後少なくとも1時間で、立方体形状のペロブスカイト構造のロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子が得られることが確認された。
(Example 3)
In this example, under the same production conditions as Example 1, 4 mL each of the reaction solution in the flask was sampled before heating, immediately after boiling, and every one hour after boiling to confirm the time-series change of the product. Each reaction solution is subjected to a desalting step and a drying step to remove alkali components and the like in the solvent, and the precipitate in each sample is recovered, and the XRD measurement of each precipitate (FIG. 3) And TEM photographs were taken (FIG. 4). From FIG. 3 and FIG. 4, it was confirmed that a rhodium-doped strontium titanate fine particle having a cubic perovskite structure can be obtained at least one hour after boiling.

実施例3によるロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子について、熱重量−質量同時分析(熱重量−質量同時分析装置(リガク社製、TG8121を使用)を行った結果を図12に示す。250℃付近で重量減少とともに、分子量18に対応する物質の脱離が見られたことから、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子は、水を含んだ状態にあること推定される。内部水和水の含有によって、一般的に知られているSrTiOの格子定数値(0.3905nm)よりも若干増加したものと推定される。 The results of thermogravimetric-mass simultaneous analysis (using a thermogravimetric-mass simultaneous analyzer (using TG8121 manufactured by RIGAKU Co., Ltd.)) of the rhodium-doped strontium titanate fine particles according to Example 3 are shown in FIG. It is assumed that the rhodium-doped strontium titanate fine particles are in a water-containing state, since the elimination of the substance corresponding to the molecular weight 18 was observed along with the decrease. It is estimated that the lattice constant value (0.3905 nm) of known SrTiO 3 is slightly increased.

(実施例4)
塩化ロジウム(RhCl)の添加量を、反応液中において、[Rh]/[Sr]=0(実施例4−1)、0.02(実施例4−2)、0.03(実施例4−3)、0.05(実施例4−4)、0.10(実施例4−5)、0.15(実施例4−6)となるようにした以外は実施例1と同様にして、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子を作製した。これらのXRDスペクトル及びTEM像を撮影した結果を、図5および図7A,Bに示す。まず図5のX線回折パターンより、ロジウムドープ濃度5%までは単相ペロブスカイト構造が得られ、ロジウムドープ濃度10%以上で異相が生じることが確認された。また図7A,BのTEM写真から、いずれのドープ濃度においても、立方体形状を有するロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子が得られることが確認された。さらに、XRDパターンのピーク位置から、格子定数を算出した結果を図6に示す。ロジウムドープ濃度に比例して除々にその格子定数は増加し、およそ7%で極大を示し、その後漸減していた。これらのことを総合して判断すると、ロジウムドープ濃度7%程度まではロジウムが格子にきちんと入り込んで、固溶していると判断できる。
(Example 4)
The amount of rhodium chloride (RhCl 2 ) added was [Rh] / [Sr] = 0 (Example 4-1), 0.02 (Example 4-2), 0.03 (Example) in the reaction solution. 4-3) Same as Example 1 except that 0.05 (Example 4-4), 0.10 (Example 4-5), and 0.15 (Example 4-6) were used. Then, rhodium-doped strontium titanate fine particles were prepared. The results of photographing these XRD spectra and TEM images are shown in FIG. 5 and FIGS. 7A and 7B. First, it was confirmed from the X-ray diffraction pattern of FIG. 5 that a single phase perovskite structure is obtained up to a rhodium doping concentration of 5%, and that a different phase is generated at a rhodium doping concentration of 10% or more. Further, it was confirmed from the TEM photographs of FIGS. 7A and 7B that rhodium-doped strontium titanate fine particles having a cubic shape can be obtained at any doping concentration. Furthermore, the result of having calculated the lattice constant from the peak position of a XRD pattern is shown in FIG. The lattice constant gradually increased in proportion to the rhodium doping concentration, showed a maximum at about 7%, and then gradually decreased. Judging these things collectively, it can be judged that rhodium is properly incorporated into the lattice and solid-dissolved up to a rhodium doping concentration of about 7%.

さらに、制限視野電子線回折パターンを測定した結果を図7Cに示す。これらの結果より、本合成法によるロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子の露出面が(100)面であることが確認された。   Furthermore, the result of measuring the limited field electron diffraction pattern is shown in FIG. 7C. From these results, it was confirmed that the exposed surface of the rhodium-doped strontium titanate fine particles according to the present synthesis method is the (100) surface.

ロジウムドープ量を増加させるに伴って、合成生成物の色調が黄色に変化していくことが確認された。そこで、拡散反射スペクトルを測定したところ、ロジウムドープ量の増加に伴って、350nm〜500nmの吸収が増大していた(図8)。これらの拡散反射スペクトルから、光学バンドギャップを算出したところ、ノンドープでは3.54eVであり、ロジウムドープ量の増加に伴って、バンドギャップが狭小化し、ロジウムドープ量15%では3.21eVとなることが確認された(図9)。これらの結果は、ロジウムドープ量の増加に伴って、きちんとTiサイトをRhが置換固溶していることを裏づける実験的証拠である。また、バンド幅が明らかに狭小化していることで、太陽光の可視部分の波長を効率よく光吸収できることを物語っている。   It was confirmed that the color tone of the synthesized product changed to yellow as the rhodium doping amount was increased. Therefore, when the diffuse reflection spectrum was measured, the absorption at 350 nm to 500 nm was increased as the rhodium doping amount increased (FIG. 8). The optical band gap calculated from these diffuse reflection spectra is 3.54 eV in the non-doped state, and the band gap narrows as the rhodium doping amount increases, and becomes 3.21 eV in the rhodium doping amount of 15%. Was confirmed (Figure 9). These results are experimental evidence to support that Rh is substituted and solidly dissolved in Ti sites properly as the amount of rhodium doping increases. Also, it is clear that the narrowing of the bandwidth can effectively absorb the wavelength of the visible part of sunlight.

(組成分析)
実施例4におけるRh濃度が3モル%のRhドープチタン酸ストロンチウム微粒子と、固相法により製造したRh濃度が1モル%のRhドープチタン酸ストロンチウム微粒子について、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma,ICP)その結果を表2に示す。固相法では、炭酸ストロンチウム(SrCO)とニ酸化チタン(TiO)および、酸化ロジウム(Rh)を混合し、900℃1時間で仮焼成を施した後、粉砕し、1000℃10時間で本焼成を行ない粉砕することでRhドープチタン酸ストロンチウム微粒子を得た。
表2に示されるように、合成して得られた微粒子中のロジウム濃度は、仕込み組成とほぼ同程度であることが確認された。
(Composition analysis)
Inductively coupled plasma (ICP) for Rh-doped strontium titanate fine particles having a Rh concentration of 3% by mole and Rh-doped strontium titanate fine particles having a Rh concentration of 1% by mole in Example 4 The results are shown in Table 2. In the solid phase method, strontium carbonate (SrCO 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), and rhodium oxide (Rh 2 O 3 ) are mixed, subjected to calcination at 900 ° C. for 1 hour, and then ground and 1000 ° C. The main firing was performed for 10 hours and the mixture was crushed to obtain Rh-doped strontium titanate fine particles.
As shown in Table 2, it was confirmed that the rhodium concentration in the fine particles obtained by synthesis was approximately the same as the feed composition.

(ロジウム電子状態評価)
本合成法にて作製されたロジウムドープチタン酸ストロンチウムに含有されるロジウムの電子状態を調べるために、電子スピン共鳴(Electoron Spin Resonance,ESR)によるRh価数計測(Bruker Biospin社製 EMX型ESR装置を使用)を行った結果を図10に示す。また、固相法により製造したサンプルについて、Rh4価由来のESR信号を測定した結果を図11に示す。本合成法にて合成したロジウムドープチタン酸ストロンチウムは、ロジウム4価由来のピーク信号が検出されなかった。ロジウムは、3価あるいは4価で安定であることが知られており、ロジウムの3価はESRに対して不活性である。これらの結果から、ロジウムは3価で存在していることが示唆された。ロジウムの3価が光触媒能の向上に寄与していると考えられており、本合成法によるロジウムドープチタン酸ストロンチウムは、光触媒に好適な原材料であると期待される。
(Rhodium electron state evaluation)
In order to investigate the electronic state of rhodium contained in rhodium-doped strontium titanate prepared by this synthesis method, Rh valence measurement (Bruker Biospin Co., Ltd. EMX ESR apparatus) by electron spin resonance (Electoron Spin Resonance (ESR)) Figure 10 shows the results of using. Moreover, the result of having measured the ESR signal derived from Rh4 valence about the sample manufactured by the solid-phase method is shown in FIG. In the rhodium-doped strontium titanate synthesized by this synthesis method, a peak signal derived from tetravalent rhodium was not detected. Rhodium is known to be trivalent or tetravalent and stable, and the trivalent of rhodium is inert to ESR. From these results, it was suggested that rhodium exists in trivalent. The trivalent of rhodium is considered to contribute to the improvement of the photocatalytic ability, and the rhodium-doped strontium titanate according to the present synthesis method is expected to be a suitable raw material for the photocatalyst.

(実施例5)
次に、pHの影響を検証するために、pH14.3(実施例5−1)、pH13.5(実施例5−2)、pH12(実施例5−3)とし、Rh濃度を [Rh]/[Sr]=0とした以外は実施例1と同様にしてチタン酸ストロンチウム微粒子を作製した。
(実施例6)
pH及び反応温度の影響を検証するために、pH12とし、反応温度90℃(実施例6−1)あるいは80℃(実施例6−2)、Rh濃度を [Rh]/[Sr]=0とした以外は実施例1と同様にしてチタン酸ストロンチウム微粒子を作製した。
(実施例7)
形状制御されたロジウム含有チタン酸ストロンチウムの製造可否の条件を検証するために、反応温度を90℃とした以外は実施例1と同様にして作製した。
(Example 5)
Next, in order to verify the influence of pH, the pH is adjusted to pH 14.3 (Example 5-1), pH 13.5 (Example 5-2), pH 12 (Example 5-3), and the Rh concentration is [Rh]. Strontium titanate fine particles were produced in the same manner as in Example 1 except that / [Sr] = 0.
(Example 6)
In order to verify the effects of pH and reaction temperature, the reaction temperature is 90 ° C. (Example 6-1) or 80 ° C. (Example 6-2), and the Rh concentration is [Rh] / [Sr] = 0. Strontium titanate fine particles were produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
(Example 7)
In order to verify the conditions of manufacture of the rhodium-containing strontium titanate whose shape was controlled, it was prepared in the same manner as Example 1 except that the reaction temperature was set to 90.degree.

(比較例1)
形状制御されたロジウム含有チタン酸ストロンチウムの製造可否の条件を検証するために、反応温度を77℃とした以外は実施例1と同様にして作製した。
(Comparative example 1)
In order to verify the conditions of manufacture of the rhodium-containing strontium titanate whose shape was controlled, it was prepared in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was set to 77 ° C.

(反応条件と立方体形状の評価)
表3に、上記実施例及び比較例で得られたチタン酸ストロンチウム微粒子またはロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子について、反応温度とpH条件、[Rh]/[Sr]値、及び立方体形状の評価結果を示してある。表3において、立方体形状の評価はExcellent,Good,Passable,Badの4段階にて記載してある。評価は、電子顕微鏡(TEM)写真において、孤立した1粒子像を、面積が最小となるような長方形で外接し、その長方形の面積S、粒子像の面積ScubeからScube/Sの値を求めることにより行い、0.9<Scube/SをExcellent,0.85<Scube/S≦0.9をGood,0.8<Scube/S≦0.85をPassable,Scube/S≦0.8をBadとした。
(Evaluation of reaction conditions and cube shape)
Table 3 shows the evaluation results of reaction temperature and pH condition, [Rh] / [Sr] value, and cube shape for the strontium titanate fine particles or rhodium-doped strontium titanate fine particles obtained in the above Examples and Comparative Examples. It is In Table 3, evaluation of cube shape is described by 4 steps of Excellent, Good, Passable, and Bad. For evaluation, in an electron microscope (TEM) photograph, a single isolated particle image is circumscribed by a rectangle that minimizes the area, and the area S 0 of the rectangle and the area S cube of the particle image to S cube / S 0 It is performed by obtaining a value, and 0.9 <S cube / S 0 is Excellent, 0.85 <S cube / S 0 ≦ 0.9 Good, and 0.8 <S cube / S 0 ≦ 0.85 is Passable. , S cube / S 0 ≦ 0.8 is Bad.

形状制御されたロジウム含有チタン酸ストロンチウムの製造可否について、縦軸を反応温度、横軸を反応液中の[Rh]/[Sr]値として、図13にマッピングした。図13において、各プロットの記号は後記実施例における粒子形状の評価に対応しており、◎のプロットはExcellent評価の微粒子、○のプロットはGood評価の微粒子、△のプロットはPassable評価の微粒子、×のプロットはBad評価の微粒子を示している。   Whether or not the shape-controlled rhodium-containing strontium titanate was produced was mapped in FIG. 13 as the reaction temperature on the vertical axis and the [Rh] / [Sr] value in the reaction liquid on the horizontal axis. In FIG. 13, symbols of each plot correspond to evaluation of particle shape in Examples described later, and plots of ◎ are fine particles of excellent evaluation, plots of ○ are fine particles of Good evaluation, and plots of Δ are fine particles of Passable evaluation, The x plot shows fine particles of Bad evaluation.

本発明の酸化物微粒子の製造方法は、大気圧下、低温で均一な粒子系分布を持つ立方体状の酸化物微粒子を提供可能であるため、種々の金属酸化物粒子を用いるデバイスに利用可能である。例えば、水素生成光触媒システム及び酸素生成光触媒システムの光触媒用原料に好ましく用いることができる。同時に、セラミック多層コンデンサ等の電子部品用の電極構成用材料(オーミック形成層等)の原料として、好ましく用いることができる。   The method for producing oxide fine particles of the present invention can provide cubic oxide fine particles having a uniform particle system distribution at low temperature and low temperature, so that it can be used for devices using various metal oxide particles. is there. For example, it can be preferably used as a raw material for photocatalysts of a hydrogen generation photocatalyst system and an oxygen generation photocatalyst system. At the same time, it can be preferably used as a raw material of an electrode-constituting material (ohmic forming layer etc.) for electronic parts such as ceramic multilayer capacitors.

Claims (14)

アルカリ性水溶液中にストロンチウム原料とチタン原料とが添加されてなる反応液を調製する反応液調製工程と、
該反応液を大気圧下において80℃以上に加熱して前記反応液を反応させる反応工程とを有し、
前記反応液調製工程において、pHが12以上である前記アルカリ水溶液中に、Rh原料が添加されてなる,あるいは、Rh原料と、V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Nb,Mo,Ru,Pd,In,Sb,Ta,W,Re,Ir,Pt,Bi,又はLaのうち少なくとも1種の金属原料とが添加されてなる前記反応液を調製する立方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法。
A reaction liquid preparation step of preparing a reaction liquid in which a strontium raw material and a titanium raw material are added to an alkaline aqueous solution;
The reaction was heated to 80 ° C. or more under atmospheric pressure possess a reaction step of reacting the reaction liquid,
In the reaction liquid preparation step, the Rh raw material is added to the alkaline aqueous solution having a pH of 12 or more, or, the Rh raw material and V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga , Nb, Mo, Ru, Pd , in, Sb, Ta, W, Re, Ir, Pt, Bi, or cubic shape you preparing at least one of the reaction solution and the metal material is formed by the addition of La A method for producing strontium titanate fine particles having the
前記チタン原料がチタン酸化物を含む請求項1記載の立方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法。   The method for producing strontium titanate fine particles having a cubic shape according to claim 1, wherein the titanium raw material contains a titanium oxide. 前記チタン酸化物が二酸化チタンである請求項2記載の立方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法。   The method according to claim 2, wherein the titanium oxide is titanium dioxide. 前記二酸化チタンの主成分がアナターゼ型二酸化チタンである請求項3記載の立方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法。   The method for producing strontium titanate fine particles having a cubic shape according to claim 3, wherein the main component of the titanium dioxide is anatase type titanium dioxide. 前記ストロンチウム原料が、ストロンチウムの酢酸塩、硝酸塩、炭酸塩、塩化物、硫化物、及び水酸化物のうち少なくとも1種を含む請求項1〜4いずれか項記載の立方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法。 The strontium titanate having a cubic shape according to any one of claims 1 to 4, wherein the strontium raw material contains at least one of strontium acetate, nitrate, carbonate, chloride, sulfide and hydroxide. Method of producing microparticles. 前記反応工程において前記反応液を反応させる温度が90℃以上沸点以下である請求項1〜5いずれか一項記載の立方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法。   The temperature at which the reaction liquid is reacted in the reaction step is 90 ° C. or more and the boiling point or less, The method for producing cubic strontium titanate fine particles according to any one of claims 1 to 5. 前記反応工程において前記反応液のpHが13.5以上である請求項1〜6いずれか項記載の立方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法。 The method for producing strontium titanate fine particles having a cubic shape according to any one of claims 1 to 6, wherein a pH of the reaction solution is 13.5 or more in the reaction step. 前記反応液中のRh原料及び前記金属原料が水溶性原料である請求項1〜7いずれか一項記載の立方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法。 The method for producing strontium titanate fine particles having a cubic shape according to any one of claims 1 to 7 , wherein the Rh raw material and the metal raw material in the reaction liquid are water-soluble raw materials. 前記反応液中の前記ストロンチウム原料のモル量に対する前記Rh原料と前記金属原料の総モル比が0.15以下である請求項1〜8いずれか一項記載の立方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法。 The total molar ratio of the Rh raw material and the metal raw material to the molar amount of the strontium raw material in the reaction solution is 0.15 or less, The cubic strontium titanate fine particles according to any one of claims 1 to 8 , Production method. 前記反応液調製工程において、前記アルカリ水溶液中に、Rh原料が添加されてなる請求項いずれか項記載の立方体形状を有するチタン酸ストロンチウム微粒子の製造方法。 The method for producing strontium titanate fine particles having a cubic shape according to any one of claims 1 to 9 , wherein Rh raw material is added to the aqueous alkali solution in the reaction liquid preparation step. 一般式Sr(Ti1−x(Rh1−y,M)Oで表され、
.05≦x≦0.07、且つ、y=0あり、MはV,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Nb,Mo,Ru,Pd,In,Sb,Ta,W,Re,Ir,Pt,Bi,及びLaからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素である立方体形状のロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子。
Formula Sr (Ti 1-x (Rh 1-y, M y) x) is represented by O 3,
0 . 05 ≦ x ≦ 0.07 and y = 0 , M is V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Nb, Mo, Ru, Pd, In, Sb, Ta, W Cu-shaped rhodium-doped strontium titanate fine particles which are at least one metal element selected from the group consisting of Re, Ir, Pt, Bi and La.
格子定数値が、0.3915nm以上0.3930nm以下の範囲である請求項1記載の立方体形状のロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子。 Lattice constant value, rhodium-doped strontium titanate fine particles of the cubic shape of claim 1 1 wherein the 0.3930nm the range above 0.3915Nm. 光学バンドギャップが3.21eVから3.54eVまでの範囲にある、請求項1記載の立方体形状のロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子。 Optical band gap is in the range from 3.21eV to 3.54eV, rhodium-doped strontium titanate fine particles of the cubic shape of claim 1 1, wherein. 一辺の長さの平均値が、30nm〜80nmである請求項1〜請求項1いずれか一項記載の立方体形状のロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子。 Average length of one side, claim 1 1 claims 1-3 rhodium doped strontium titanate fine particles of the cubic shape of any one claim is 30Nm~80nm.
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